20kg铝锭铸造机组脱模的研究

1、20kg铝锭铸造机组脱模的研究有色金属(冶炼部分)2004年4期?37?20kg铝锭铸造机组脱模的研究剡昌锋,吴黎晓,芮执元,赵俊天,安宗文(兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050)摘要:针对目前20kg铝锭铸造机组生产中脱模率低的问题,对影响脱模的因素进行了全面的分析,提出了多项改进措施,通过实践证明,脱模率达到了99%以上,另外推导出了脱模机构动力学方程.关键词:铝锭铸造机组;脱模;工艺;动力学中图分类号:TF807文献标识码:A文章编号:10077545(2004)04003703StudyontheDe-moldingof20kgAluminiumIngotMachinesYA

2、NChangfeng,WULixiao,RUIZhiyuan,ZHAOJuntian,ANZongwen(CollegeofMechanicalandElectronicaEngineering,LanzhouUniv.ofTech.,Lanzhou730050,China)Abstract:Aimedattheproblemofthelowratiooftheingotstrippedin20kgaluminiumingotmachines,thefactorsthataffecttheratioofdemoldingareanalyzedindetail,andseveralimprovi

3、ngmethodsareputforward.theresultshowsthattheratioofingotstrippedismorethan99%.Furthermore,thekineticequationoftheingotstripperiseduced.Keywords:Aluminiumingotmachines;Demolding;Process;Dynamics20kg铝锭连续铸造机组是专门用于普通重熔用铝锭连续铸造的自动化生产线,广泛应用于我国的铝锭生产企业,然而目前国内同类铸造机组在生产中由于各种原因脱模率仅60%70%的水平,不得不依靠人工监控,对没有脱模的铝锭进行

4、人工敲击,对机组的正常运行造成很大影响,同时还增加了2名操作人员.文献1和2对不脱模的情况进行了一些研究,但仅限于铸模形状对不脱模的影响,单独应用这一新的脱模机构,但这种机构脱模率也仅提高了10%,仍需要人工处理未脱模的铝锭.本文通过对铝锭铸造机组中影响脱模问题的原因进行了全面地研究,采用了一定新的脱模机构,选择合适的敲击位置和敲击力,使脱模的效率达到了99%以匕.基金项目:甘肃省攻关计划资助(GS022一B52109)作者简介:剡昌锋(1974一),男,甘肃省平凉市人,学硕士,讲师1影响脱模的原因铸模的形状对铝锭的脱模有很大的影响,结构形式好的铸模有利于铝锭顺利脱模,而比较差的将了标准HJ,

5、但是如果铝锭模在形状上存在一些违反工艺原理的地方.如各棱角,拐角无过度圆角或圆角极小;各夹角设计过小,使铝锭收缩后紧靠铝锭模,不易脱模;另外商标等标识字迹过深且无弧度也影响脱模;铸模凹坑过大也影响脱模L2l.按照GB/T119693对铝锭表面的要求HJ,显然,铸模的内腔表面粗糙度对脱模率有直接的影响,内表面粗糙度越高,铝锭和铸模的附着力就越小,脱和铸件的复杂程度的影响,并且铸造表面粗糙度越?38?有色金属(冶炼部分)2004年4期高,成本也就越高.因此从经济方面考虑,只能在一定范围内有限地提高铸模的表面粗糙度.铸造机每班生产前都要对铸模内腔涂脱模剂,脱模剂主要有3个作用:(1)在铸模表面形成一

6、层薄膜5,对铸模起保护作用,提高铸模的寿命;(2)在铝水凝固成型后,铸模和铝锭有一层介质隔开,有利于脱模;(3)可以提高铝锭表面质量.脱模剂的隔离性取决于其临界表面张力性质L6J,每次脱模都有一定比例的脱模剂转移到铝锭上.在实际的使用中,由于每班只涂脱模剂一次,以后不再涂抹,脱模剂被不断转移到成型铝锭上,造成铸模表面脱模剂的减少,脱模的效果随着生产的时间而逐渐变差.铸模表面的洁净度对铝锭和铸模的粘附力有很大的影响,当表面洁净度越高,粘附力就越小【7J.不过铝锭铸造现场属于高粉尘和高温环境,易使铸膜的腐蚀和失效加速.冷却速度慢,铝锭晶粒粗大,冷却速度快,易获得细密的柱状晶粒J.另外以较快速度冷却

7、,铝水能在较短时间内凝固,表面收缩更快,铝锭和铸模的粘附力就小,更加有利于脱模.然而在16"/,的连续铸造机组上,没有用冷却水或者雾化水汽使铝水快速冷却,而是采用铝锭上表面自然冷却,其它面间接水冷却,脱模后水冷却的方式.实际上,特别是在夏天,由于水冷却塔对循环水来不及完全冷却,造成对铸模的冷却不充分,随着生产时间增加,铸模的温度就越高,脱模的效果越差.脱模机构实际上就是对铸模产生一个冲击力,形式传播,在铝锭和铸模表面形成反射,当大于粘附力时,就使铝锭和铸模分离,由于敲击位置的不同,小除了和不同材料之间的粘附系数有关外,和正压力也有很大的关系,而正压力由于铸模转动的位置不一样而在每个表

8、面上不一样,这样实际产生的粘擦力也是随着铸模转动而发生变化的.因此,铸模在空间的位置和敲击在铸模上的位置以及冲击力对脱模的影响都很大.尽管最常见的五星轮脱模机构和背面敲击脱模机构的敲击力很大,但是在敲击时,输送链上的铸模在空间的位置和敲击力的方向都很不好控制,以至于不能很好地脱模.2改进措施和方法1)严格控制浇铸时铝水的温度,使其处于680720,在规定的时间内,成型铝锭的温度就很快降低到500以下,有利于顺利脱模.2)对模的表面质量和形状提出具体要求,减少铸模内凹坑的深度,加大过渡圆角的尺寸,同时表面的粗糙度控制在6.312.5.3)对冷却铸模水的温度控制在30以下,流量控制在90m/h,使

9、铸模能在脱模后快速冷却,有利于下次的脱模.根据脱模机构需要满足的生产功能,现有脱模机构均采用敲击铸模,使成型铝锭受震动后靠自重脱落.然而采用何种机构,铸模转动到什么位置,在铸模什么地方,以多大的力敲击就显得很重要.为了不改变原来机组的结构,在有限的空间内实验结果,选择铸模正面边缘作为敲击点,通过增大敲击轮质量和对杠杆机构的运动动力参数的重新设计,使敲击轮与铸模瞬时接触时的作用冲量增大,同时保证敲击轮与铸模瞬时接触时的运动速度方向垂直于被敲击面.图1中杠杆为一人字形构件,一端装有敲击轮,敲击轮中心距杠杆支点75cm,杠杆另一端通过铰链与气缸活塞杆相连.当气缸与气源连通时,在活塞杆的推动下,杠杆绕

10、其支点往复摆动,在PLC的控制下当铸模快转到180度时,敲击在铸模正面边缘上,实现对成型铝锭的震动.为了分析方便,把图1简化和表示成如图2所示.其中,连杆1长lco,连杆2长loE,F点为敲击轮敲击铸模位置的点.设在初始状态时,连杆2和DF的夹角为a.,活塞杆的初始长度为z.,令BDC:,在敲击时,活塞杆以恒定的速度v运动,则有:jc=lo+vt(1)有色金属(冶炼部分)2004年4期?39?l敲击轮;2一铸模;3一杠杆;4一气缸图1改进后脱模机构原理图strippermechanism/',2/.=E/CIYm图2改进后脱模机构的运动原理简化图ingotstrippermechani

11、smcos:(D+D)/2lBDICD(2)其中,ICD和lBD在设计时已定,为常值,把式(1)代人式(2),则有:cos:(D+一(0+vt)/2lBcD(3)初始状态时cos0=(D+8)/2lBDlCD令,b=(+一/2lBcD(4)c=2l.v/2lBcD(5)d=/2lB(6)把式(46)代人式(3),则有:cos=(bctdt)(7)由于杆2和杆I焊接为一体,当连杆2从初始位置运动到DF需要的时间为:f,:-c+v/c2-4dcos(40+一ao)(8),u,由式(7)可以得到:=arccos(bctdt)(9)由式(9)可以得到杆1的速度为:.=二兰垒=一(10)=二=二二=二=LlU/1一(bftdt)因此当敲击轮运动到敲击位置时,其动量为:5rnlDEcO(11)把式(8)和(10)代人式(11)即可得到所求的动模上,就产生一个振动力F,当F:大于铝锭和铸模的粘附力F与铝锭和铸模的摩擦力F之和时,即可顺利脱模.3实施情况上述各种措施和方法已经在兰州铝业股份有限公司2台20kg铝锭连续铸造机组和青海桥头电厂的3台机组中应用,实践证明,这些综合措施取得了良好的效果,脱模率达到了99%以上.参考文献1李统岭.20kg铝锭铸造不脱模的改进J.轻金属,2003(7):382章跃中.铝锭模设计的改进J.轻金属,1997(1